土工试验作业指导书.docx
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土工试验作业指导书
编制说明
为确保土工试验结果的准确性和可靠性，使试验工作程序化、规范化，并符合职业安全健康、环境管理要求，特编制此检测作业指导书。
1主要内容与使用范围
1.1本指导书规定了建材试验人员具备的资格。
所用的仪器、试验标准、评定标准的内容。
1.2包括土工的试验方法、合格指标。
1.3本指导书依据GB/T50123-1999、TB10102-2004标准规程的要求编写，适用于工业与民用建筑、水利、交通、铁路等各类工程的地基土及填筑土料的基本性能试验。
2.引用标准
2.1GB/T50123-1999《土工试验方法标准》
2.2TB10102-2004《铁路土工试验方法》
2.3JTJ053-1993《公路土工试验规程》
3.检测人员
3.1检测人员必须经过专业技术培训取得省、部级建材试验员资格证书。
同时取得上岗合格证的检测人员从事试验,由授权签字人、技术监督人进行质量教育和试验交底,授权签字人、技术监督人进行操作质量监督,发现问题及时纠正.
3.2检测人员的配备如下表
试验项目
序号
职务及工种
人数
备注
含水率密度比重颗粒分析界限含水率相对密度
击实
渗透固结剪切收缩膨胀率
1
授权签字人
1人
2
技术监督人
1人
3
试验员
3人
4仪器设备：
4.1试验试验使用的设备及计量器具必须在其检定合格证有效期内使用,并按
照操作规程作好设备使用记录，发现问题及时处理。
4.2试验设备在运转过程中，严禁进行检修、调试、润滑和保养。
4.3试验所需主要仪器设备见表4.3。
表4.3主要仪器设备一览表
序号
仪器设备名称
规格型号
单位
数量
1
恒温干燥箱
HWX-L
台
1
2
分析天平
TG604
台
1
3
液塑限联合测定仪
FG-Ⅲ
台
1
4
电子天平
LD
台
1
5
数显多功能电动击实仪
DJS
台
1
6
气体压缩仪
QY1-6
台
1
7
等应变这直剪仪
ZDJ-1
台
1
8
土壤筛
套
1
9
收缩仪
SS-1
台
1
10
膨胀仪
WZ-1
台
1
11
比重瓶
个
1
12
粘土渗透仪
ST-70
个
1
13
砂土渗透仪
ST-55
个
1
14
环刀
Φ79.8×20
个
20
15
灌砂筒
Φ150
套
1
5土工试验的一般规定
5.1土工的试验应经过建设单位（或监理工程师）见证取样。
5.2土工的试验均由委托单位指定检测依据，试验方法按委托单位提供的检测依据进行试验。
6试样制备和饱和
6.1试样制备：
6.1.1本试验方法适用于颗粒粒径小于60mm的原状土和扰动土。
6.1.2根据力学性质试验项目要求，原状土样同一组试样间密度的允许差值为
0.03g/cm3；扰动土样同一组试样的密度与要求的密度差值不得大于±0.01g/cm3，一组试样的含水率与要求的含水率之差不得大于±1%。
6.1.3试样制备所需的主要仪器设备，应符合下列规定：
1细筛：
孔径0.5mm、2mm。
2洗筛：
孔径0.075mm。
3台秤和天平：
称量10kg，最小分值5g；称量5000g，最小分度值1g；称量1000g，最小分度值0.5g；称量500g，最小分值0.1g；称量200g，最小分值0.01g。
4环刀：
不锈钢材料制成，内径61.8mm和79.8mm，高20mm；内径61.8mm，高40mm。
5击实器、压样器
6抽气设备：
应附真空表和真空缸。
7其他：
包括切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿缸、喷水设备等。
6.1.4原状土试样制备，应按下列步骤进行：
1将土样筒按标明的上下方向放置，剥去腊封和胶带，开启土样筒取出土样。
检查土样结构，当确定土样已受扰动或取土质量不符合规定时，不应制备力学性质试验的试样。
2根据试验要求用环刀切取土样时，应在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。
3从余土中取代表性试样测定含水率。
比重、颗粒分析、界限含水率等项试验的取样，应按第
4切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述，对低塑性和高灵敏度的软土，制样时不得扰动。
6.1.5扰动土试样的备样，应按下列步骤进行：
1土样从筒或包装袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样测定含水率。
2对均匀和含有机质的土样，宜采用天然含水率状态下代表性土样，供颗粒分析、界限含水率试验。
对非均质土应根据试验项目取足够数量的土样，置于通风处凉干至可碾散为止。
对砂土和进行比重试验的土样宜在105～110℃温度
下烘干，对有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土，应在65～70℃温度下烘干。
3将风干或烘干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含砂和的土样，可用碎土器碾散（碎土器不得将土粒破碎）。
4散后的粗粒土和细粒土，应按GB/T50123—1999中，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后按不同试验项目的要求进行过筛。
6.1.6扰动土试样的制作，应按下列步骤进行：
1试样的数量视试验项目而定，应有备用试样1～2个。
2将碾散的风干土样通过孔径2mm或5mm的筛，取筛下足够试验用的土样，充分拌匀，测定风干含水率，装入保湿缸或塑料袋内备用。
3根据试验所需的土量与含水率，制备试验所需的加水量应按下式计算：
mw=m0/（1+0.01w0）×0.01（w1-w0）（
式中：
mw—
—制备试样所需的加水量（
g）；
m0—
—湿土（或风干土）质量（
g）；
w0—
—湿土（或风干土）含水率（
%）；
w1—
—制样要求的含水率（%）。
4称取过筛的风干土样平铺于搪瓷盘内，将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入盛土容器内盖紧，湿润一昼夜，砂土的湿润时间可酌减。
5测定湿润土样不同位置处的含水率，不应少于两点，含水率差值应符合本标准
6根据环刀容积及所需的干密度，制样所需的湿土量应按下式计算：
m0=（1+0.01w0）ρdV（
式中：
ρd——试样的干密度（g/cm）；
V——试样体积（环刀容积）（cm3）
7扰动土制样可采用击样法和压样法。
1）击样法：
将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土倒入装有环刀的击样器内，击实到所需密度。
2）压样法：
将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土倒入装有环刀的击样器内，以静压力通过活塞将土样压紧到所需密度。
8取出带有试样的环刀，称环刀和试样总质量，对不需要饱和，且不立即进行试验的试样，应存放在保湿器内备用。
6.2试样饱和
6.2.1试样饱和宜根据土样的透水性能，分别采用下列方法：
1采用浸水饱和法。
2系数大于10-4cm/s的细粒土，采用毛细管饱和法；渗透系数小于、等于
10-4cm/s的细粒土，采用抽气饱和法。
6.2.2毛细管饱和法，应按下列步骤进行：
1选用框式饱和器，试样上、下放滤纸和透水板，装入饱和器内，并旋转螺母。
2将装好的饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样浸没，关箱盖，浸水时间不得少于两昼夜，使试样充分饱和。
3取出饱和器，松开螺母，取出环刀，擦干外壁，称环刀和试样的总质量，
并计算试样的饱和度。
当饱和度低于
95%时，应继续饱和。
6.2.3
试样的饱和度应按下式计算：
Sr=（ρsr-ρd）
Gs/ρd·e
（
或
Sr=wsrGs/e
（
式中：
Sr——试样饱和度（%）；
wsr——试样饱和后的含水率（
%）；
ρsr——试样饱和后的密度（
g/cm3）；
Gs——土粒比重；e——试样的孔隙比
6.2.4抽气饱和法，应按下列步骤进行；
1选用叠式或框式饱和器和真空饱和装置。
在叠式饱和器下夹板的正中，依次放置透水板、滤纸、带试样的环刀、滤纸、透水板，如此顺序重复，由上向下重叠到拉杆高度，将饱和器上夹板盖好后，拧紧拉杆上的螺母，将各环刀在上、下夹板间夹紧。
2将装有试样的饱和器放入真空缸内，真空缸和盖之间涂一薄层凡士林，盖紧。
将真空缸与抽气机接通，启动抽气机，当真空压力表读数接近当地一个大气压时（抽气时间不得少于1h），微开夹管，使清水徐徐注入真空缸，在注水过程中，真空压力表读数宜保持不变。
3待水淹没饱和器后停止抽气。
开夹使空气进入真空缸，静止一段时间，细粒土宜为10h，使试样充分饱和。
4打开真空缸，从饱和器内取出带环刀的试样，称环刀和试样的总质量，并计算饱和度。
当饱和度低于95%时，应继续抽气饱和。
7试验方法和步骤
7.1含水率试验
7.1.1本方法适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。
7.1.2试验步骤：
1取具有代表性的试样15～30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。
2打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105～110℃的恒温下烘至恒重。
烘干时间对粘土、粉土不得少于8h，对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒重下烘至恒重。
3将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，准确至0.01g。
7.1.3试验的含水率ω0，按下式计算，准确至0.1%；
ω0=（m0/md-1）×100（
式中：
md——干土质量（g）；
m0——湿土质量（g）。
7.1.4对层状和网状构造的冻土含水率试验应按下列步骤进行：
用四分法切取200～500g试样（视冻土结构均匀程度而定，结构均匀少取，反之多取）放入搪瓷盘中，称盘和试样质量，准确至0.1g。
待冻土试样融化后，调成均匀糊状（土太湿时，多余的水分让其自然蒸发或用吸球吸出，但不得将土粒带出；土太干时，可适当加水），称土糊和盘质量，准确至0.1g。
从糊状土中取样测定含水率，其试验步骤和计算按本标准
7.1.5层状和网状冻土的含水率ω，应按下式计算，准确至0.1%。
ω=[（m1/m2）（1+0.01wh）-1]×100（
式中：
ω——含水率（%）；
m1——冻土试样质量（g）；
m2——糊状试样质量（g）；
ωh——糊状试样的含水率（%）。
7.1.6本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：
当含水率小于40%时为1%；当含水率等于、大于40%时为2%，对层状和网状构造的冻土不大于3%。
取两个测值的平均值，以百分数表示。
7.2密度试验
7.2.1环刀法：
1本试验方法适用于细粒土。
2主要仪器设备：
1）环刀：
内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。
2）天平：
称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g。
3环刀法测定密度，应按本指导书
4湿密度计算，按下式计算：
ρ0=m0/V（
式中ρ0—试样的湿密度（g/cm3），准确到0.01g/cm3。
5干密度计算，按下式计算：
ρd=ρ0/（1+0.01w0）（
6本试验应进行两次平均测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测定的平均值。
7.2.2灌砂法
1本试验方法适用于现场测定粗粒土的密度。
2主要仪器设备
1）密度测定器：
由容砂瓶、灌砂漏斗和底盘组成（如图）。
灌砂漏斗高135mm、直径165mm，尾部有孔径为13mm的圆柱形阀门；容砂瓶容积为4L，容砂瓶和灌砂漏斗之间用螺纹接头联结。
底盘承托灌砂漏斗和容砂瓶。
2）天平：
称量10kg，最小分度值5g，称量500g，最小分度值0.1g。
3标准砂密度的测定，应按下列步骤进行：
1）标准砂应清洗洁净，粒径宜选用0.25～0.50mm，密度宜选用1.47～1.61g/cm3。
2）组装容砂瓶与灌砂漏斗，螺纹联结处应旋紧，称其质量。
3）将密度测定器竖立，灌砂漏斗口向下，关阀门，向灌砂漏斗中注满标准
砂，打开阀门使灌砂漏斗内的标准砂漏入容砂瓶内，继续向漏斗中注砂漏入瓶内，当砂停止流动时迅速关闭阀门，倒掉漏斗中多余的砂，称容砂瓶、灌砂漏斗和标准砂的总质量，准确至5g。
试验中应避免震动。
4）倒出容砂瓶内的标准砂，通过漏斗向容砂瓶内注水至水面高出阀门，关阀门，倒掉漏斗中多余的水，称容砂瓶、漏斗和水的总质量，准确至5g，并测
定水温，准确至0.5℃。
重复测定3次，3次测定之间的差值不得大于3mL，取3次测定的平均值。
4容砂瓶的容积，应按下式计算：
Vr=（mr2-mr1）/ρwr（9）
式中Vr——容砂瓶容积（mL）；
mr2——容砂瓶、漏斗和水的总质量（g）；
mr1——容砂瓶和漏斗的质量（g）；
ρwr——不同水温时水的密度（g/cm），如表（
表7.2.2-1水的密度
温度（℃）
水的密度
（g/cm3）
温度（℃）
水的密度
（g/cm3）
温度（℃）
水的密度
（g/cm3）
4.0
1.0000
15.0
0.9991
26.0
0.9968
5.0
1.0000
16.0
0.9989
27.0
0.9965
6.0
0.9999
17.0
0.9988
28.0
0.9962
7.0
0.9999
18.0
0.9986
29.0
0.9959
8.0
0.9999
19.0
0.9984
30.0
0.9957
9.0
0.9998
20.0
0.9982
31.0
0.9953
10.0
0.9997
21.0
0.9980
32.0
0.9950
11.0
0.9996
22.0
0.9978
33.0
0.9947
12.0
0.9995
23.0
0.9975
34.0
0.9944
13.0
0.9994
24.0
0.9973
35.0
0.9940
14.0
0.9992
25.0
0.9970
36.0
0.9937
5标准砂的密度，应按下式计算：
ρs=（mrs-mr1）/Vr（
式中ρs——标准砂的密度（g/cm3）；
mrs——容砂瓶、漏斗和标准砂的总质量（g）。
6灌砂法试验，应按下列步骤进行：
1）根据试样的最大粒径，确定试坑尺寸见表
表试坑尺寸（mm）
试样最大粒径
试坑尺寸
直径
深度
5（20）
150
200
40
200
250
60
250
300
2）将选定的试验处的试坑地面整平，除去表面松散的土层。
3）按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度，边挖
边将坑内的试样装入盛土容器内，称试样质量
4）向容砂瓶内注满砂，关阀门，称容砂瓶、漏斗和砂的总质量，准确至10g。
5）将密度测定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打开阀门，使砂注入使坑。
在注砂过程中不应震动。
当砂注满试坑时关闭阀门，称容砂瓶、漏斗和余砂的总质量，准确至10g，并计算注满试坑所用的标准砂质量。
7试样的密度，应按下式计算：
ρ0=mp/（ms/ρs）（
式中ms——注满试坑所用标准砂的质量（g）。
8试样的干密度，应按下式计算，准确至0.01g/cm3。
ρd=mp/（1+0.01w1）/（ms/ρs）（
7.3土粒比重试验（比重瓶法）
7.3.1一般规定：
1本试验方法适用于粒径小于5mm的各类土。
2土颗粒的平均比重，应按下式计算：
Gsm=1/（P1/GS1+P2/GS2）（
式中Gsm——土颗粒平均比重；
GS1——粒径大于、等于5mm的土颗粒比重；
GS2——粒径小于5mm土颗粒比重；
P1——粒径大于、等于5mm的土颗粒质量占试样总质量的百分比（%）；
P2——粒径小于5mm的土颗粒质量占总质量的百分比（%）。
3本试验必须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。
7.3.2主要仪器设备：
1比重瓶：
100mL或50mL；
2恒温水浴：
准确度为±1℃；
3砂浴：
可调节温度；
4天平：
称量200g,精度0.001g；
5温度计：
刻度为0～50℃,最小分度值为0.5℃；
7.3.3比重瓶的校准：
1将比重瓶洗净、烘干，置于干燥箱内，冷却后秤量，准确至0.001g。
2将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。
对长颈比重瓶注水至刻度处；对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水自瓶塞毛细管中溢出，将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。
取出比重瓶，檫干外壁，称瓶水总质量，精确至0.001g，测定恒温水槽内水温，精确至0.5℃
3调节数个恒温水槽内的温度，温度差宜为5℃，测定不同温度下的瓶、水总质量。
每个温度时均应进行量词平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值，绘制温度与评、水总质量的关系曲线。
7.3.3试样制备，按照本指导书第
7.3.4试验步骤：
1将比重瓶烘干。
称取烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称取试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。
2向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不少于30min，粘土、粉土不得少于1h。
沸腾后调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。
对砂土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体（煤油）代替纯水，采用真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地一个大气负压值，抽气时间不少于1h。
注：
用中性液体，不能用煮沸法。
3将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）注入装有试样悬液的比重瓶。
将比重瓶置于恒温恒温水浴内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。
取出比重瓶，擦干凭外壁，称比重瓶、水、试样总质量，精确至0.001g；并应测定瓶内
的水温，准确至0.5℃。
4从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。
7.3.5土的比重Gs，按下式计算：
Gs=md·GiT/（mbw+md-mbwa）（
式中mbw——比重瓶、水总质量（g）；
mbwa——比重瓶、水、试样总质量（g）；
GiT——T℃时纯水或中性液体的比重；
md——试样质量（g）。
7.4颗粒分析试验
7.4.1本试验方法适用于粒径小于、等于60mm，大于0.075mm的土。
7.4.2仪器设备：
1分析筛：
1）粗筛：
孔径为60、40、20、10、5、2mm。
2）细筛：
孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.075mm。
2天平：
称量5000g，最小分度值1g；称量1000g，最小分度值0.1g；称量200g，
最小分度值0.01g。
3振筛机：
筛析过程中应能上下震动。
4其他：
烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。
，应符合表
表7.4.3取样数量
颗粒尺寸（mm）
取样数量（g）
<2
100～300
<10
300～1000
<20
1000～2000
<40
2000～4000
<60
4000以上
7.4.4试验步骤：
1按本标准表，应精确到0.1g，试样数量超过500g时，应精确至1g。
2将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。
当筛下的试样质量小于试
样总质量的10%时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。
3取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。
细筛宜置于振筛机上震筛，振筛时间宜为10~15min。
再按由上
而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应精确到0.1g。
4筛后各级筛上和筛底上的试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。
7.4.5含有细粒土颗粒的砂土的筛析法试验，应按下列步骤进行：
1按本标准上表的规定称取代表性试样，置于盛水容器中充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。
2将容器中的试样悬液通过2mm筛，取筛上的试样烘至恒重，称烘干试样质量，应准确到0.1g，并按本标准，取筛下的试样悬液，用带橡皮条的研杆研磨，再过0.075mm筛，并将筛上试样烘至恒重，称烘干试样质量，应准确至0.1g，然后按本标准
3当粒径小于0.075mm的试样质量大于试样总质量的10%时，应按本标准密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。
7.4.6小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，应按下式计算：
X=ma/mb·dx（
式中X—小于某粒径的试样质量占总质量的百分比（%）；ma—小于某粒径的试样质量（g）；mb—细筛分析时为所取的试样质量；粗筛分析时为试样总质量（g）；dx—粒径小于2mm的试样质量占试样总质量的百分比（%）。
7.4.7以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线。
7.4.8必要是计算级配指标：
不均匀系数和曲率指数。
1不均匀系数按下式计算：
Cu=d60/d10（
式中Cu——不均匀系数；
d60——限制粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的60%；
d10——有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的60%。
2曲率系数按下式计算：
Cc=d30/（d10·d60）（
式中Cc——曲率系数；
d60——颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的30%。
7.5界限含水率试验
7.5.1本试验方法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量5％的土。
7.5.2主要仪器设备：
1光电式液塑限联合测定仪：
圆锥质量为：
76g，试样杯内径为40mm，高度为30mm。
2天平：
称量200g，精度0.01g。
7.5.3试验步骤：
1本试验宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm筛。
2当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g；采用风干试样时，取
0.5mm筛下的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入
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